无机膜分离技术简介及应用
摘要：本文主要介绍了无机膜分离技术的原理和制备方法，影响分离性能的因素以及无机膜分离技术在各方面的应用。
关键词：无机膜分离技术；结构及组件；制备；影响因素；应用无机膜是固体膜的一种,它是由无机材料如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。无机膜在液体分离方面的应用研究,始于20世纪70年代中期。20世纪80年代初,无机膜在液体分离中的应用取得了实质性的进展,实现了产业化应用,尤其是陶瓷膜,成功地在法国的奶业和饮料(葡萄酒、啤酒、苹果酒)业推广使用后,其技术和产业地位逐步确立。无机膜具有以下一些优点:①化学稳定性好,能耐酸、耐碱、耐有机溶剂; ②机械强度大,担载无机膜可承受几十个大气压的外压,并可反向冲洗; ③抗微生物能力强,不与微生物发生作用,可以在生物工程及医学科学领域中应用; ④耐高温,一般均可以在400℃下操作,最高可达800℃以上; ⑤孔径分布窄,分离效率高。
1 无机膜的分离原理
无机膜的分离过程可以看作是与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，膜为过滤介质，在一定压力作用下，当料液流过膜表面时，只允许水无机盐小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物胶体和微生物等大分子物质通过膜的截留作用可归纳为筛分作用，架桥作用及吸附作用。这种筛分作用通常造成污染对物在膜表面的截留和膜孔的堵塞无机膜技术在液相分离中基本原理是:在压力差下,利用膜孔的筛分特性,使混合物组分得到分级或分离。产品可以是渗透液、截留液或两者皆是。无机膜的分离特性以渗透通量和渗透选择性为衡量指标,二者均与膜结构、分离对象体系性质及操作条件等密切相关。
2 无机膜的结构及组件
无机膜主要有两大类，即微孔膜及致密膜。对于微孔型的无机膜，在使用中大多制成多层、不对称的复合结构，即多孔
的载体上支撑着一层极薄的控制层，如图所
示。
多孔载体（底层）具有一定的机械强度，
约数毫米厚，孔径10~15 μm左右，它是整个
膜管的基体。多孔载体一般由三氧化二铝、
微孔管的多层不对称结构
二氧化锆、碳、金属、陶瓷以及碳化硅材料制成。在载体的上面有孔径很小、厚度很薄的控制层，用于物质的分离与富集。分离膜的厚度一般为0.5~10 μm，现在正在向超薄膜发展。工业应用的分离膜孔径在4 nm~5 μm。在载体与控制膜层之间，还可以包含一层或多层的中间过渡层，其作用是防止活性分离层制备过程中颗粒向多孔载体渗透。由于有过渡层的存在，多孔载体的孔径可以制备得较大，因而膜的阻力小，膜渗透通量大。根据需要，过渡层可以是一层，也可以是多层，其孔径逐渐减小，以与活性分离层匹配。一般而言，过渡层的孔径在0.2~5μm之间，每层厚度不大于40μm。
对于致密型的无机膜，例如金属Pd或Pd合金膜，既可以制成单层对称的结构，也可以制成多层不对称的结构，膜厚<20μm，有的可薄至5~6μm，具有极高的渗透速率。
目前，商品化无机膜的几何结构主要有三种类型：即平板型、管型及多通道型（蜂窝型）。平板型主要用于小规模的工业生产和实验室实验，管型和多通道型更适合于组装成分离元件或膜反应器，特别是多通道结构的单位体积膜面积大，被更多地工业过程采用。
3 无机膜的制备
无机膜的制备方法与材料的种类、膜及载体的结构、膜孔径大小、孔隙率和膜厚度密切相关，并在借鉴陶瓷、金属材料的制备技术的基础上形成了多种制膜工艺。目前几种常见的制备方法有：溶胶—凝胶法、阳极氧化法、相分离—沥滤法、热分解法、水热合成法等。
3.1多孔无机膜的制备
（一）多孔支撑体的制备
1、干压成型法
2、注浆成型法
3、挤出成型法
4、流延成型方法
（二）分离层的制备
1、溶胶—凝胶法
溶胶—凝胶法是合成无机膜的一种重要方法。采用这种工艺可以制得孔径小(1.0～5.0nm)、孔径分布窄的陶瓷膜，许多单组分和多组分金属氧化物陶瓷膜，例如：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、Al2O3－CeO2、TiO2－SiO2、SiO2－ZrO2、TiO2-ZrO2膜等。这种陶瓷膜作为控制层既可用于超滤和气体分离，也可经修饰后作为催化膜用于膜反应器。
2. 阳极氧化法
阳极氧化法是目前制备多孔A12O3功能薄膜的重要方法之一。该法制得的膜孔径均一、同向、且几乎互相平行并垂直于膜表面，这是其他方法难以达到的。
3. 相分离—沥滤法
4. 热分解法
5. 水热法
6. 其他方法（1）放射粒子径迹刻蚀法（2）聚合法
3.2致密膜的制备
致密膜有两类：金属及其合金膜；另一类为具有选择透氧功能的金属氧化物膜。下面分别介绍这两类致密膜的制备方法。
（一）金属致密膜的制备
钯等金属膜的制备方法是指用溅射、离子镀、金属镀及气相沉积等手段，将膜料沉积在多孔陶瓷、玻璃或多孔不锈钢载体上制造微孔金属膜或氧化物薄膜的方法。其制备过程大致分为两个步骤：一是膜材料（膜料）的气化；二是膜料的蒸气依附于其他材料制成的载体上形成薄膜。主要的制备方法有：化学气相沉积法、电化学气相沉积法、化学镀膜法和喷射热分解法。
（二）氧化物致密膜的制备
氧化物致密膜以对称结构为主,常采用挤出和等静压法成型。其制备过程包括粉料制备、成型和干燥烧结三个基本步骤，。
4 无机膜分离性能的影响因素
4.1 膜结构参数对分离过程的影响
(1)膜孔径
膜孔径是影响膜通量和截留率等分离性能的主要因素。一般来说,孔径越小,对粒子或溶质的截留率越高而相应的通量往往越低。对于纯溶剂介质而言,膜孔径越大,通量越高,但在实际体系分离中,由于浓差极化、吸附、堵塞等膜污染现象的影响,实际体系过滤渗透通量值很少能与膜的纯溶剂渗透通量值相比拟。(2)膜厚度的影响
膜厚度对膜性能的影响主要表现在渗透通量上,由于膜厚度的增加必然使流体透过的路程增加,因此过滤阻力增加,通量下降。在应用中期望所采用的膜厚度越小越好,但实际膜的制备中,由于支撑体表面、制备控制技术等多方面影响,在减小膜厚度的同时,必须考虑膜的完整性。
(3)膜的孔隙率的影响
孔隙率高的膜具有较多的开孔结构,所以在相同的孔径下具有高的渗透通量。一般来说,多孔无机膜特别是陶瓷膜,其膜层的孔隙率在20% ～60%之间,支撑体孔隙率应高于分离层,对微滤而言,希望孔隙率大于30%。
4.2 体系性质对分离过程的影响
影响膜分离性能的体系性质主要包括两方面:一是黏度、成分、pH值等溶液性质,二是所含溶质或颗粒的大小、荷电性质、分散状态等。这些性质中,溶质或颗粒的性质直接关系到其对膜的污染方式、程度等,从而影响膜的分离性能。另外,由于陶瓷膜都带有电荷,而且其ζ电位受溶液性质影响,因此溶液性质改变往往改变膜的表面荷电性质,使得膜与溶质或颗粒、膜与溶剂的相互作用发生变化,进而对膜分离性能产生影响。
5 无机膜分离技术的应用
3.1 工业废水的处理
3.1.1 含油废水的处理
无机膜在含油废水处理中具有操作稳定、出水水质好、占地面积小、扩建方便、正常工作时不消耗化学药剂、也不产生新的污泥以及回收油质量比较好的特点。Lahiere et al用Al2O3陶瓷膜处理石化含二氯己烷、烷基苯的乳化液,并用HCl和FeCl3对乳液进行预处理,处理所得油含量低于5mg/L。
3. 1. 2 纺织业废水的处理
纺织染色工程均以水为介质,而且往往需要一次或多次水洗,用水量比较大,排放的废水对环境污染较重。Soma等人利用无机微滤膜处理印染废水,膜孔径平均为0. 2μm ,压力为0. 5～1MPa,错流速度为3～5m·s- 1。实验结果表明,无机膜对悬浮物、有机物的去除效果明显,其中不溶性染料去除率大于98% ,通过加入一些表面活性剂可使可溶性染料的去除率大于97%。
3.2 食品工业中的应用
3.2.1 脱脂牛乳的处理
王荫榆等人利用陶瓷膜微滤技术对ESL牛乳的生产应用进行了研究,利用该过滤工艺处理脱脂牛乳,即可保证牛乳新鲜,同时有效成分不受损失,使高品质牛乳的批量生产成为可能,尤其结合高温灭菌可以显著延长产品的货架期。
吕加平等人在均一孔径膜微滤系统的基础上,通过梯度膜切向流反向脉冲微滤系统的构建,研究了梯度膜用于牛奶微滤除菌的效果。梯度膜对细菌和芽孢高效的截留率分别达到99. 94%和99. 86%,但对脱脂乳成分几乎没有截留。
3.2.2 啤酒的酿制
范广璞等人选择0. 5μm孔径的陶瓷膜对生啤酒进行过滤,陶瓷膜对啤酒中蛋白质和色素的截留率均很低,过滤后啤酒中的微生物数量亦符合要求,能达到除菌的目的,理化指标较为理想,尤其是双乙酰含量的降低,使得生啤酒的口味更能满足大众的要求。
3.2.3 饮用水生产中的应用
传统饮用水生产多采用沙、活性炭等介质过滤,但只适用处理低浊度的水。无机膜可用于地下水和地表水的净化过程,用于除去水中的颗粒,河水、井水、湖水中的细菌及某些重金属污染物。Castelas等用0. 2μm和4nm氧化铝膜过滤氧化塘水,细菌水平从1000～5000个/ cm3降到0. 03～0. 4个/ cm3 ,大肠杆菌总数从50～500 / cm3降到零水平。
3.3 生化与制药工业中的应用
3.3.1头孢菌素药物的生产
头孢菌素C传统的提取工艺滤液质量不高、收率较低,且劳动强度大,生产环境差,产品市场竞争力低。朱国民研究采用平板式超滤膜技术直接处理头孢菌素C的发酵液。结果表明,所用的超滤系统能够一步截留未经处理的头孢菌素C发酵液中的菌体蛋白、固体颗粒等杂质,去除蛋白能力是原工艺的10倍,过滤收率提高了6% ,膜通量的衰减幅度较小,产品质量好。
3.3.2 酶的分离纯化
凝血酶是一种蛋白水解酶,能促使纤维蛋白原转化成纤维蛋白而加速血液凝固。根据牛凝血酶原的相对分子质量,采用超滤法,截留相对分子质量60000以上的物质。结果所得凝血酶平均比活为38. 24 IU /mg,比传统方法所得比活提高了2 倍,既节省了时间,又提高了酶的比活。
3.4 在光催化方面的应用
自从Fujishima 和Honda 于1972 年发现TiO2光电化学分解水能产生 H2和O2以来，光催化技术成为了各国科研工作者备受关注的深度水处理技术其具有降解无选择性无二次污染高效等特点在各种反应器中，悬浮式光催化反应器具有传质效率高光源利用率好等优点，在光催化反应器的研究中备受关注不过悬浮式光催化反应器存在光催化剂难以分离回收的缺陷而无机膜分离技术在固液分离中显示出了独特的优势，因此将其应用于光催化技术中有利于解决悬浮式光催
化反应器中光催化剂难以分离的瓶颈Weimin Xi等通过错流微滤膜分离技术来分离光催化水处理后料液中的 TiO2 颗粒，最终确定了最佳分离条件，并对各种影响 TiO2颗粒分离性能的因素做出了一一分析崔鹏等开发出了一体式的光催化膜分离反应装置，研究表明其对光催化剂有很好的截留效果解立平等将光催化技术与膜分离技术结合起来，研发出一种流化床耦合装置，同时实现了 TiO2催化剂的分离与循环利用，将中空微滤膜置于光催化反应器中并用光催化剂对腐植酸进行了降解研究，发现改性后的光催化剂对膜表面的吸附能力减弱，减少了膜污染。张爱勇等利用纳滤膜来分离悬浮式光催化反应器中的催化剂，研究表明其对 Cu 改性光催化剂也有很好的分离效果无机陶瓷膜液固分离技术为悬浮式光催化反应器催化剂难以分离的难题提供了解决方法。
4 前景
无机膜由于其优异的材料性能,在环保、食品、化工、生物工程等众多领域的液相分离中得到应用,效果比较显著。尤其是在石油与石油化工、化学工业等高温、高压、有机溶剂和强酸、强碱体系表现出有机膜所不具备的功能。无机膜凭借其技术优势,已成为国内外竞相研究开发的热点之一。无机膜在许多领域的成功应用,必将进一步开阔其发展空间。
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膜过滤技术及其应用范围介绍 北京陶普森膜应用工程技术有限公司孙永杰 过滤是分离液体中固体性颗粒的常用方法之一。我们熟悉的土壤就是一个天然过滤器，池塘、湖泊和河流中的地表水在通过不同类型的土壤之后，渗透聚积成相对洁净的地下水，土壤让水透过的时候截留了其它成分，如颗粒物和污染物等，而渗透到深处的地下水得到了净化。 过滤是实验室常用的物料分离技术。从筛网、滤纸到膜滤器等技术手段的延伸、发展，促进了产品提纯技术的提高，净化效果明显，分离精度大大提高。在能量消耗，过滤效果和操作简便方面，相比于传统的分离方法如蒸馏或结晶，膜过滤技术的表现优于其他分离过程。在许多分离领域，膜过滤克服了传统技术局限性，尤其对生化或药物的加工应用过程，膜技术的应用提高了产品品质和收率，因为其中的蛋白质和有效成分大多是热敏感的。因膜过滤为物理过滤方式，膜材质稳定性强，经验证的实验室过滤工艺，很容易被放大和改进，更易成功应用到实际的大规模生产中。 在生物和制药技术行业的许多领域，包括食品和饮料行业，生物技术和饮用水处理行业，都普遍使用过滤膜用于过滤。 过滤膜的工作原理：膜过滤器的原理类似于上面提到的地下水渗透过程，人工制备的膜相当于地表土层，待过滤的溶液中一部分的小分子物质可以通过薄膜的微孔，其渗透性取决于孔的大小。比滤膜孔更小的颗粒可透过滤膜，而比滤膜孔大的颗粒就被截留下来。
一般情况下，膜的孔径决定了应用，根据孔径的大小，将不同的过滤膜技术分为四类：微滤，超滤和纳滤以及反渗透。 1. 微滤膜技术 过滤膜的孔径一般在5μm和0.1μm之间。在微生物实验中经常被使用孔径为0.1μm至0.2μm的膜，可以分离出酵母菌和细菌，是一种温和快速的杀菌方法。在工业化生产上，这种滤膜技术通常为过滤器的滤芯，广泛应用在医药，食品和饮料工业生产线中。例如，生物制药厂用于生物反应器中微生物生长阶段之后的“收获”和细菌菌体的分离，废水处理或浑浊液的油水分离等。 2. 超滤膜技术 超滤技术常常用于大分子的浓缩和脱水，超滤膜过滤“孔径”在0.1μm和0.01μm之间。由于该技术主要用于分离或浓缩蛋白质分子，所以膜的过滤孔径被定义为“分子量切断”(MWCO)或“标称分子量切断”(NMWC)，单位为道尔顿(质量单位，等于一氧原子的1/16)。MWCO值表示可被膜截留的球状分子的小分子量。为了安全起见，应总是选择MWCO值至少比要分离的大分子的分子量高20%。这种膜过滤技术的应用操作压力，通常在2-10巴之间。 3.纳滤技术 是纳米级过滤技术的简称，纳米级过滤的膜过滤器，其孔径小于0.005μm，可截留更小的有机分子和大部分盐类物质，以及重金属离子等。陶普森纳米级过滤需要更高的外部压力，过滤压力一般在10-80巴之间。
题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日
目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)
一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液
膜分离技术应用综述 摘要：膜分离工程技术是一项新兴的高效分离技术，已广泛应用于化工、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药等工业，被认为是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。由于膜分离的优势，越来越多的中药研究者正致力于开发膜技术在中药工业中的应用。膜分离技术 (微滤、超滤、纳滤、反渗透膜技术)在中药领域中发挥着非常重要的作用，可应用于中药提取液的纯化、浸膏制剂的制备、口服液的生产、注射剂的制备以及热原的去除等。膜分离技术将在中药现代化进程中发挥重大作用，并对中药的规范化和标准化生产起到一定的促进作用。由于历史的原因，生物技术发展初期，绝大多数的投资是在上游过程的开发，而下游处理过程的研究投入要比上游过程少得多，因而使得下游处理过程的研究明显落后，已成为生物技术整体优化的瓶颈，严重地制约了生物技术工业的发展，因此，当务之急是要充实和强化下游处理过程的研究，以期有更多的积累和突破，使下游处理过程尽快达到和适应上游过程的技术水平和要求。 关键词：生物分离下游工程膜分离 正文： 1、常用的膜分离过程 1.1微滤 鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。 具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。 1.2超滤 早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。1.3纳滤 纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保净水和污水处理及其资源化工业。1.4反渗透 由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。 1.5其他常用膜分离过程 除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离等。
膜分离技术及其应用 童汉清 海金萍 (蚌埠高等专科学校食品系,蚌埠市233030) 摘 要 针对膜分离技术的一系列独特优点,介绍了工业中常用的各种分离膜的性能、材料及其各自的应用,并简述了世界上最新的膜分离技术及其发展方向。 关键词 膜分离技术 反渗透膜 超滤膜 微滤膜 0 前言 膜分离是用半透膜分离均相混合物中不同组分的一种方法。由于膜分离技术在生产中物料无相变过程,因而无需再沸器、冷凝器等设备,与蒸发、精馏等分离技术相比具有显著的节能、高效等特点,特别是对于食品工业,膜分离技术可以完好地保留食品原有色、香、味,而其营养成分又不会被高温破坏。因而膜技术在世界范围内引起人们极大关注,被誉为重大的新技术革命之一。 现代膜技术的开发还仅仅是近三十年的事情,虽然近年来有了较大的发展,但目前仍处于发展和完善的过程中。国内外膜分离技术已在许多不同行业得到应用,并取得了良好效果。 1 反渗透膜及其应用 1.1 反渗透膜的性能 反渗透膜的孔径在0.3～2nm之间,通常为非对称的微孔结构膜,压差作为操作推动力,工作压力可高达7.0～7.5M Pa,膜通量一般为0.5m3/(m2d)。 反渗透膜能截留住除水分子、氢离子、氢氧根离子以外的其它物质,因而主要用于水和其它物质的分离。 1.2 膜材料 最先开发并成功应用的反渗透膜材料是醋酸纤维素,70年代以来逐渐开发出一些新型反渗透膜材料,如芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯撑氧、磺化聚磺酸盐、聚酰胺羧酸、聚乙烯亚胺、聚甲苯二异氰酸酯和等离子处理聚丙烯腈等。醋酸纤维素在强酸和弱碱条件下易发生水解且不耐高温,易受微生物和酶的作用,在正常使用时还会发生蠕变使透水速率降低。尽管存在这些缺点,但目前工业上最广泛使用的两种反渗透膜材料,还是首选醋酸纤维素,其次为聚酰胺。 1.3 反渗透膜的应用 1.3.1 海水淡化 反渗透膜分离技术被广泛应用于海水淡化。在全世界海水淡化装置中,约有30%用反渗透方式来实现。反渗透膜由极薄致密表层和多孔支撑层构成,具有高透水率及高脱盐率,可脱去海水中99%以上的盐离子。 1.3.2 果汁、果酒等产品的浓缩 膜浓缩是在常温下进行的。用反渗透膜对果汁、果酒进行浓缩,可保证维生素等营养成分不受破坏以及挥发质不损失,并可保留其原有的风味,这是其它浓缩技术难以做到的。另外,反渗透膜可以完全除去细菌和病毒,使产品不加任何防腐剂而延长储存期,食用更加卫生可靠。 19 《化工装备技术》第20卷第2期1999年
膜分离技术的应用现状及发 展前景 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
膜分离技术的应用现状及发展前景 摘要：膜分离技术( Membrane Separation Technologies)是近十几年发展起来的一种高新技术，随着膜设备和技术的不断发展和成熟，其在各行业中有着广泛的应用。本文介绍了膜分离技术的特性，阐述了膜分离技术在食品工业、水处理、生物技术、医药工业和医疗设备方面的应用，并展望膜分离技术应用领域的发展前景，分析膜分离技术在膜材料、新的膜过程和膜通量等方面的发展趋势，同时指出膜分离技术将在人类社会的发展史上起到不可替代的作用。 关键词：膜分离技术；膜生物反应器；选择透过性膜；膜材料； 前言： 膜分离技术是指用天然或人工合成的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的边缘学科高新技术[1]。由于膜分离技术具有节能、高效、简单、造价低、无相变、可在常温下连续操作等优点，而且特别适合热敏性物质的处理的特点，其应用已渗透到人们生活和生产的各个方面，现已被广泛应用于化工、环保、生物工程、医药和保健、食品和生化工程等行业[2]。虽然膜分离技术的应用在许多方面离产业化要求还有很长的距离，但是随着新型膜材料的不断开发、高效的强化膜过程分离技术研究的不断深入, 膜分离技术应将得到更加广泛的应用，其在未来是世界各国研究的热点，它将在各个领域发挥更引人注目的作用。 现本文对膜技术的特点、类型及其在各方面的应用现状进行综述，并且提出了膜分离技术的发展前景。 1 膜分离技术的特点 膜分离技术作为一种新型的分离技术, 具有以下特点[3]： 1.1 在常温下进行，特别适用于热敏性物质的分离、分级、提纯和浓缩，且可 以同步进行能较好地保持产品原有的色、香、味和营养成分； 1.2 分离过程中不发生相变，挥发性物质损失少，节约能源； 1.3 具有冷杀菌作用，保存期长，无二次污染； 1.4 选择性好，应用范围广，但要选择相应的膜类型； 1.5 设备简单，易于操作，可连续进行，效率高。 2 膜分离技术的类型
膜分离技术应用综述 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
《食品科学概论》课程论文 论文题目：膜分离技术应用综述 学 院 ：生物工程学院 专 业 ：食品科学与工程 年级班别 ：09级一班 学 号 ：10122 学生姓名 ：齐莹 学生 指导教师 ：陈清禅 2011年 5 月 24 日 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
膜分离技术应用综述 齐莹 10122 摘要综述膜分离技术的特点、种类及分离机理，介绍国内外膜分离技术的研究进展及其在各个领域的应用现状，同时指出该技术存在的问题，提出选用更佳的膜材料以及多种膜分离技术联用是其今后的发展方向。 关键词膜分离技术微滤超滤食品工业 膜分离是在20世纪初出现，上世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。据统计，膜销售每年以14%~30%的速度增长，而最大的市场为生物医药市场[1] 。 1膜分离的简介 1. 1 膜的定义 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。 1. 2 膜的种类 分离膜包括:反渗透膜(0. 0001～0. 005μm) ,纳滤膜(0. 001 ～0. 005μm) 超滤膜(0. 001 ～0. 1μm) 微滤膜(0. 1～1μm) 、电渗析膜、渗透气化膜、
膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统的过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。 膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等。交叉流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1μm，能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。故微滤膜作为一般料液的澄清、预过滤、空气除菌。 对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300 000，能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离。因此超滤膜广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源等方面。 对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60%～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。 反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的载留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒水、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。 由于膜分离过程是一种纯物理过程，能够广泛应用于发酵、制药、化工、食品、饮料、水处理工艺过程及环保等领域，并体现了以下特点：分子级别的分离，精密高效，滤液质量好，是普通过滤分离手段难以比拟的；物理过程，无相变，无化学反应；系统惟一的能源耗是电力，能耗低；系统全封闭运行，实现清洁化生产；系统体积小，操作简便安全，可实现自动化控制，扩展性好。 随着膜技术的不断发展，可以实现现有系统的软件升级，及时优化工艺操作条件，提高生产效益。 针对不同的料液及工艺处理要求，选择合适的膜工艺，对料液进行有效的分离、过滤澄清、浓缩，降低能耗、提高产品的质量和收率、减少环境污染，从而降低生产成本，促进效益。
膜分离技术概述 天然色素应用技术推广实验室 膜分离（Membrane Separating）是利用天然或人工制备的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。膜分离法可以用于液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系以及水溶胶体系。膜分离技术由于省能、高效、简单、造价低、易于操作，可代替传统的分离技术（如精馏、蒸发、萃取、结晶等过程），所以是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高技术之一。 膜分离过程的发展概况 膜分离技术研究应用虽有上百年时间，但是由于制膜的技术所限，在工业中应用还仅一、二十年的时间。目前膜法除大规模用于各种水处理外，还在食品工业、医药工业、生物工程、石油、化学工业、核工业等领域得到应用。全球已有30多个国家和地区的2000多个科研机构从事膜技术研究和应用开发，已形成了一个较为完整的边缘学科和新兴产业，并正逐步地有针对地代替目前的一些传统分离净化工艺，而且朝反应-分离耦合、集成分离技术等方面发展。据报道，1998世界膜产品市场销售额已超过440亿美元，且以14%~30%的年增长速度在发展。膜产业将是21世纪新型十大高科技产业之一。 在膜分离技术中，微滤、超滤、反渗透和电渗析分离过程已较为成熟。这些膜过程的应用比大概为：微滤35.71%；反渗透13.04%；超滤19.10%；电渗析3.42%；气体分离9.32%；血液透析17.70%；其他1.71%。 膜分离技术特点 膜分离与传统的分离技术（蒸馏、吸收、吸附、萃取、深冷分离等）相比，具有以下特点： <1>膜分离过程不发生相变化，耗能少，可以保持物质的原态、特别适合热敏性物质，如酶、果汁、某些药品的分离浓缩、精制等。 <2>膜分离技术不耗化学试剂和添加剂，不会因此而污染产品； <3>膜分离通常是一个高效的分离过程，目前已广泛的应用与盐水与海水淡化、工业用水和生活用水的净化、溶质的浓缩与分离过程。 <4>膜分离设备本身没有运动部件，工作温度在室温附近。它的操作十分简单，从开动到得到产品的时间很短，可以在高频的启、停下工作。 <5>膜分离设备的体积比较小，占地较少，通常可以直接插入已有的生产工艺流程，不需要对生产线进行大的改变。 膜分离过程的原理及分类 在膜分离过程中，由于膜具有选择透过性，当膜两侧存在某种推动力（如压力差，浓度差，电位差等），原料侧组分选择性地透过膜以达到分离提纯的目的。实际中物质通过膜的传递极为复杂，不同的膜过程使用的膜不同，推动力不同,其传递机理也不同。 膜分离过程按其分离对象可分为气体（蒸汽）分离和液体分离。按其分离方法可分为反渗透法(RO)、纳滤（NF）、超滤（UF）、微滤（MF）、电渗析（ED）、气体分离（GS）和渗透蒸发（PV）以及与其它过程相结合的分离过程，例如：，膜蒸馏、膜吸收、膜萃取等。由于本论文中用超滤膜对红花提取液进行了分离、纯化的初步探讨，下面就超滤过程做简单介绍。超滤 超滤膜技术的发展现状 超滤膜过程是根据体系中相对分子质量的大小和形状，通过膜孔的筛分、吸附等作用，
膜分离技术及其应用领域分析 膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离都采用错流过滤方式。 一、膜分离技术原理及特点 膜分离技术以选择性透过膜为分离介质，如图1所示，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。膜分离技术以其低能耗、高效率被认为是理想的分离技术之一。 图1膜分离技术原理 利用膜分离技术进行分离所具有的特点包括：1）膜分离过程不发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术；2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等。3）膜分离技术适用分离的范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至离子级都有其用武之地，关键在于选择不同的膜类型；4）膜分离技术以压力差作为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。 基于膜分离技术所具有上述特点，是现代生物化工分离技术中一种效率较高的分离手段，完全可以取代传统的过滤、吸附、蒸发、冷凝等分离技术，所以膜分离技术在生物化工分离工程中起着很大的作用。 二、膜分离技术种类分析 按照膜孔径和成膜材料分类，常用的膜分离技术主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透以及气体分离等。各种膜过程具有不同的分离机理，可适用于不同的对象和要求。按分离原理和按被分离物质的大小区分的分离膜种类，从下表可以看出，几乎所有的分离膜技术均可应用于任何分离、提纯和浓缩领域。反渗透和纳滤作为主要的水及其它液体分离膜之一，在分离膜领域内占重要地位。
膜分离技术应用现状与展望 程淑英 (北京化工大学,北京100029) 龚莉莉 (中国昊华化工(集团)公司,北京100723) 摘 要 介绍了膜分离技术的发展概况、应用现状,展望了它的发展趋势和应用前景。 关键词 膜分离 发展趋势 应用现状 前景 Presen t Situa tion and Foreca st of M em brane Separa tion Technology Cheng S huy ing (Beijing Chem ical T echno logy U niversity,Beijing100029) Gong L ili (Ch ina H aohua Chem ical Industry Group Co rpo rati on,Beijing100723) Abstract T he general situati on and its app licati on of m em b rane separati on techno logy in Ch ina are in troduced in th is pap er.T he develop ing trend and its app licati on p ro spect are also m ade. Key words m em b rane sep arati on,develop ing trend,app licati on situati on,p ro spect 膜分离是指通过特定的膜的渗透作用,借助于外界能量或化学位差的推动,对两组分或多组分混合的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集。膜技术作为新的分离净化和浓缩技术,过程中大多无相变化,常温下操作,有高效、节能、工艺简便、投资少、污染小等优点,特别对于处理热敏物质领域如食品、药品和生物工程产品,显示出极大优越性,与传统分离操作(如蒸发、萃取或离子交换等)相比较,不仅可以避免组分受热变性或混入杂质,通常还有能耗低和效率高的特点,因而具有显著的经济效益,故其发展相当迅速,应用也越来越广泛(见表1)。在国际膜会议上曾将“在21世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题,进行深入讨论,并认为它是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。 膜分离法按其分离对象可分为气体(蒸汽)分离和液体分离等。按分离方法又可分为反渗透法(RO)、微滤法(M F)、超滤法(U F)、透析(D)、电渗析法(ED)、气体分离(GS)和渗透蒸发(PV)以及与其它过程相结合的分离过程膜蒸馏和膜萃取(见表2)。就膜本身而言,按膜的材料,又可分为有机膜(或高分子膜)及无机膜;按膜的结构,又可分为对称膜 收稿日期:1999201213和不对称膜。 表1 膜分离的工业应用 应用领域应用举例 金属工艺金属回收,富氧燃烧 纺织及制革工业药剂回收 造纸工业代替蒸馏,纤维及药剂回收 食品及生化工业净化,浓缩,消毒,代替蒸馏,副产品回收 化工及石化工业有机物分离、药品制备及气体分离和富集,副产 品回收、化工产品制备 医药及保健人造器官,血液分离,消毒,水净化 水处理海水苦咸水淡化,超纯水制备,电厂锅炉水净 化,油田回注水处理 国防工业淡水供应,战地受污染水净化,低放射性水处理 环境保护活水处理、废气处理 对于膜分离方法的总体性能而言,过程设计及化学工程方面是很重要的,但是关键部分仍是膜本身。 1 国内外膜分离技术发展概况及现状 膜分离现象在200多年前就已经发现。世界上首家商品化生产微孔滤膜的公司创建于1927年。1960年第一张高通量、高脱盐的醋酸纤维膜的问世,真正为以反渗透、微滤、超滤和纳滤膜为主体的现代膜工业奠定了基础,并引起全球范围内的广泛关注,一些国家和地区的政府、政府间的国际合作组织、一些公司陆续斥巨资进行膜技术研究和工程化开发,到80年代初已逐步实现了商品化和产业化。 已投入工业生产应用的有代表性的膜技术装备
膜分离技术概论 XXX 机械工程及自动化专业机械104班1003010414 摘要：膜分离是在20世纪60年代迅速发展起的一门分离技术，膜分离主要包括分离、浓缩、纯化和精制等功能且操作简单、易于操作，因此目前膜分离技术被广泛应用于供水、制药、食品、环保、废品回收、水的淡化等工业生产过程中，产生了巨大的经济效益和社会效益。本文首先介绍了膜分离技术中的一些概念、膜的种类及其原理，然后介绍了一些常见的膜分离过程在实际生产中的应用；最后介绍了我国膜分离技术的发展概况及前景。 关键词：膜分离，技术，前景，概况 Membrane-Seperating technology Abstract: Membrane-Seperating technology is a separating technology which developed fast in the 1960s. This technology involves in various functions like separating、concrntrating、purifying and refining,what else, for it’s easily to operate it’s now widely used in the fields of water supplyment、medicine production、food、environment protecting、waste water recycling and so on, make great economical and social benefits. This passage first explain some concepts membrane technology、main theory involved and sort of it. Key words: Membrane-Seperating，technology，introduction，prospect 1膜分离技术的原理 现代膜分离技术分离的根本原理在于膜具有选择透过性。膜分离法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，可用于液相和气相。对于液相分离，可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系。以下重点介绍反渗透的基本原理、微滤原理及超滤原理。
高分子膜分离技术 摘要:对现有的超滤、微滤、渗透汽化及气体分离等膜技术在水处理和石油化工产业领域的研究与应用现状进行了综述,分析了各种膜产品的市场占有率及未来发展趋势.提出了利用膜分离技术改造传统产业及提高工业生产经济效益的可能途径。 关键词:膜分离;水处理;气体分离;石油化工 一、研究背景 膜分离过程作为现代材料科学、高分子物理化学以及化学工程交叉融会而形成的新型高效分离技术,近10多年以来得到了显著的技术进步和应用市场发展.膜分离技术进步的动力主要来自两个方面,现代分析技术和微细加工技术的发展使得从微观或介观尺寸上对材料加工过程进行有效控制成为现实,能够高质量地稳定生产具有特定微观结构的分离膜.另外,在工业生产过程中存在许多现有技术难于解决的技术难题,例如,对采油、炼油过程产生的大量含油污水深度处理和油田回注用水的低成本化;燃料油储存、运输过程中产生的大量有机蒸气回收利用;膜分离能够有效克服精馏过程恒沸点,降低精馏过程能耗等问题.以上技术需求极大地推动膜分离过程在石油化工领域的应用基础研究,所取得的成果为膜分离技术在石油化工领域的推广应用奠定坚实基础.通过论述膜分离技术本身特征,分析了石油开采和石油产品加工过程膜分离技术的应用研究现状,以技术经济的综合评价为基础,对膜分离技术在石油化工领域应用研究现状和巨大的市场发展潜力进行了阐述. 二、研究现状
1 膜分离技术和分离膜市场 膜分离是利用功能性分离膜作为过滤介质,实现液体或气体高度分离纯化的现代高新技术之一.和普通过滤介质相比较,分离膜具有更小的孔径和更窄的孔径分布.根据分离膜孔径从大到小的顺序,可以分为微滤(microfiltration)、超滤(ultrafiltration)、纳滤(nanofiltration)和反渗透(reverseosmosis).如图1所示,微孔滤膜孔径在1~0.01Lm左右,可以有效除去水中的大部分微粒、细菌等杂质,超滤膜孔径在几十纳米附近,能够很容易地实现蛋白质等大分子的分级、纯化,能够除去水中的病毒和热原体.纳滤膜和反渗透膜孔径更小,大约在几个埃(1∪=1×10-10m),能够从水中脱除离子,达到海水和苦咸水淡化目的.一般认为,当分离膜孔径小于0.01Lm以后,分离作用的实现,不仅仅依靠孔径大小的/筛分0效果,分子或离子渗透通过膜材料时,渗透物和分离膜间的表面相到作用逐渐占据主要地位.气体分离膜和渗透汽化膜的分离作用是依靠不同渗透组分在膜中溶解度和扩散系数不同来实现,通常可用溶解扩散机理进行定量描述.例如,使用聚乙烯醇和聚丙烯腈为原料的渗透汽化PVA/PAN复合膜,能够从乙醇水溶液中脱除微量的水生产无水乙醇,与萃取精馏、恒沸精馏相比,制取无水乙醇的能耗大约降低1/3左右。 与现存的分离过程相比,膜分离过程在液体纯化、浓缩、分离领域有其独特的优势,膜分离过程大多无相变,在常温下操作,设备和流程简单,容易实现工业放大等.近10多年以来,北美、欧洲、日本等发达国家的政府和大企业联合,投入巨资开发研究.以反渗透分离膜为例,膜材料从初期单一的醋酸纤维素非对称膜发展到表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜,操作压力也扩展到高压(海水淡化)膜、中压(苦咸水淡化)膜、低压(复合)膜和超低压(复合)膜,80年代以来又开发出多种材质的纳滤膜.膜组件的形式近年来也呈现出多样化的趋势,除了传统的中
一、学习安排 1、学习目标要明确，做好切实可行的计划； 2、合理安排时间，按时完成学习任务； 3、养成做笔记的习惯； 4、认真地完成布置的作业，养成自主的学习习惯； 5、多向老师和同学请教； 6、及时做好考前的复习工作。 总之，虽然客观制定了个人初步学习计划，还存在许多不完善与不足之处，还需要今后根据自己的切实情况，在学习中不断地补充，加以改进、及时地总结经验，以合格的成绩来完成自己的学业。 二、学习心得 在以前的学习过程中都没有接触过这类知识，所以由对膜的不理解进而升华为对膜的好奇，进而增加了对学习这门课程的兴趣。以前书本中介绍过人体中的一种膜-细胞膜。细胞膜有重要的生理功能，它既使细胞维持稳定代谢的胞内环境，又能调节和选择物质进出细胞。细胞膜会对物质进行选择性的进出，那么是不是所有的膜类材料都有此功能呢?带着疑问，带着兴趣开启了胡老师与我们的《膜分离技术及应用》这门课程的学习，在课堂上，通过老师的详细介绍，我收获颇多。 1.超滤膜的简介 超滤(Ultra-Filtration ,UF)是一种压力驱动的膜分离过程，是根据分子的大小和形态进行分离的。自20世纪60年代以来，超滤很快从实验规模发展成为重要的工业单元操作技术，它已广泛用于食品、医药，工业废水处理，高纯水制备及生物技术工业。在工业废水处理方面应用最普遍的是电泳涂漆过程，城市污水处理及其他工业废水处理领域都是超滤未来的发展方向。 2.超滤膜在废水处理中的应用：含油废水处理 机械行业工件的润滑、清洗和石化行业的炼制及加工等都会产生含油废水，
其油一般为漂浮油、分散油和乳化油三种存在形式。其中乳化油的分离难度最大，用电解或化学法破乳使油粒凝聚的费用较高，而超滤就不需要破乳直接可将油水分离，特别适用于高浓度乳化油的处理和回收。超滤处理乳化油废水时，界面活性剂大部分可透过，而超滤膜对油粒子完全阻止，随浓度增加油粒子粗粒化成为漂浮油浮于液面上，再用撇油装置即可撤除。陆晓千等用超滤膜技术处理清洗车床、设备等含油污水，颜色为乳白色，含油(1000～5000)mg/L，COD浓度高达(10000～50000)mg/L，经超滤膜处理后，颜色透明。含油低于10mg/L，COD(1700～5000)mg/L，除油滤99％。 3.纳滤膜的简介 纳滤膜（Nanofiltration membrane，NF）又称疏松型反渗透膜，它是介于反渗透与超滤之间的一种膜分离技术。但纳滤膜多数为荷电膜，其对无机盐的分离行为不仅受到化学势梯度控制，同时也受到电势梯度的影响。其表面由一层非对称性结构的高分子与微孔支撑体结合而成，以压力差为推动力，对水溶液中低分子量的有机溶质截留，而盐类组分则部分或全部透过，从而使有机溶质得到同步浓缩和脱盐的目的。 4.纳滤膜在废水处理中的应用 在金属加工与合金生产中产生的金属废水，含有浓度相当高重金属离子。将这些重金属离子生成氧氧化物沉淀除去是处理含重金属废水的一般措施。采用纳滤膜技术，不仅可以回收90％以上的废水，使之纯化，而且同时使重金属离子含量浓缩10倍左右，浓缩后的重金属具有回收利用的价值。如果条件控制适当，纳滤膜还可以分离溶液中的不同金属。 三、学习总结 通过胡老师对课程的认真讲述，我了解了膜分离技术中的一些概念、膜的种类及其原理，同时也介绍了一些常见的膜分离过程在实际生产中的应用以及我国膜分离技术的发展概况及前景。目前膜分离、浓缩、纯化技术正在被各个领域广泛应用，随着膜技术的不断发展和对产品质量的不断提高，各行业对传统工艺改造更新的要求越来越迫切，膜分离技术也有了更为广阔的应用前景。这几个月来，我们由浅入深，时刻跟着老师的节奏去复习和预习，老师要求的重点我会主动记
膜分离技术的发展及其工业应用 摘要:膜分离技术作为新型高科技分离技术之一,倍受众多工业的关注。综述了膜分离技术的发展,及今后的发展趋势,对其在石化行业、水处理、食品行业主要工业应用进行较为详细的阐述。 关键词:膜分离技术;膜发展;膜应用 分离技术的发展与人类的生产实践密切相关,伴随着生产力的发展,科学技术的进步,分离的方法也从简到繁,从低级到高级,工艺从一种方法到多种联用。已由过去简单的蒸馏分离技术发展到现在复杂的超临界萃取技术,膜分离技术等。 膜分离技术[1],顾名思义,是利用一张特殊制造的,有选择透过性能的薄膜,在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离技术。实践证明,当不能经济地用常规的分离方法得到较好的分离时,膜分离作为一种分离技术往往是非常有用的,并且膜分离技术还可以和常规的分离方法结合起来使用,使分离技术投资更为经济。表1是几种主要的膜分离过程及其传递机理,推动力,透过物,膜类型的比较。 表1几种主要的膜分离过程 1发展史 膜分离在生物体内广泛存在,而人们对其的认识、利用、模拟,及至目前的人工合成的过程却是极其漫长而曲折的。膜分离技术发展大致可分为3个阶段: ——50年代,奠定基础的阶段,主要是对膜分离科学的基础理论研究和膜分离技术的初期工业开发; ——60年代～80年代,发展阶段,主要是使一些膜分离技术实现工业化生产,同时又开发研制了几种重要膜分离过程; ——90年代～至今,发展深化阶段,主要是不断提高已实现工业化的膜分离水平,扩大使用范一些难度较大的膜分离技术的开发得到突飞猛进的发展,并开拓了新的膜分离技术。
1.1膜分离技术的起源 200多年前,Abbe Nollet在1748年观察到水可以通过覆盖在盛有酒精溶液瓶口的猪膀胱进入瓶中,发现了渗透现象。但是,直到19世纪中叶Gra-ham发现了透析(Dialysis)现象,人们才开始对膜分离现象重视起来,并开始研究。最初,许多生理学家使用的膜主要是动物膜。1867年Moritz Taube制成了人类历史上第一张合成膜——亚铁氰化钠膜,并以近代的观点予以论述。随后,Preffer用这种膜在蔗糖和其他溶液进行试验,把渗透压和温度及溶液浓度联系起来。接下来Van′t Hoff以Preffer的结论为出发点,建立了完整的稀溶液理论。1911年Donnan研究了荷电体传递中的平衡现象。1920年,Gibbs从热力学角度提供了认识渗透压现象和它与其他热力学性能关系的理论。1925年世界上第一个滤膜公司(Sartorius)在德国Gottingen公司成立。1930年Treorell Meyer,Sievers等对膜电动势的研究,为电渗析和膜电极的发明打下了基础。1950年W.Juda等试制成功第一张具有实用价值的离子交换膜,电渗析过程得到迅速发展。 1.2膜分离技术的发展 60年代末期,加利福尼亚大学的Yuster、Loeb、Sourirajan等对膜材料进行了广泛的筛选工作,结果发现乙酸纤维素也具有特殊的半透性质。为了改进乙酸纤维素的透水性能,他们采用过氯酸镁水溶液为添加剂,经过反复试验,终于在1960年首次制成世界上具有历史意义的高性能非对称的乙酸纤维素反渗透膜,这使得Allied-Singned公司开创了RO工业应用的时代。随后,制膜技术不断机械化、自动化,膜的形式也从平板膜发展到管式膜及中空膜等。1971年Du Pont化学公司也推出三醋酸纤维素中空纤维透过器。微滤、反渗透、超滤、透析及气体分离等膜分离技术都在60～80年代相继得到迅速发展。 1.3发展趋势 近10多年来世界各国对膜分离技术的重视,极大地促进膜技术的发展,90年代Get Gmb H公司推出了渗透蒸发。中科院近来开发的某种新型渗透汽化膜及其工艺过程,将变革MTBE 的生产工艺,产生可观的经济效益。近几年开发的纳滤膜分离技术,其膜的孔径比反渗透膜稍大,截留粒子的直径为几个nm,分子量为200～500,允许通过单价离子,低分子量有机溶剂。我国对纳滤技术的开发和应用也相当广泛。 随着新型膜材料的开发和膜过程的改进,膜分离技术将不仅可以替代某些单元操作,而且可以与许多单元操作相结合,以取得更好的分离效果。例如将膜分离技术与催化反应结合起来形成膜反应器 1 膜分离技术概述 随着纳滤分离技术越来越广泛地应用于食品、医药、生化行业的各种分离、精制和浓缩过程,纳滤膜分离机理的研究也成为当今膜科学领域的研究热点之一。 1.1 微滤 微滤主要是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。在给定压力下[(50~100) kPa],溶剂、盐类及大分子物质均能透过孔径为(0.1~20)Lm的对称微孔膜,只有直径大于50nm的微细颗粒和超大分子物质被截留,从而使溶液或水得到净化。微滤技术是目前所有膜技术中应用最广、经济价值最大的技术。主要用于悬浮物分离、制药行业的无菌过滤等。在微滤方面今后应着重研究开发廉价膜组件;耐高温抗溶剂的膜及组件;不污染,易清洗的长寿命膜。 1.2 超滤 超滤和微滤一样,也是利用筛分原理以压力差为推动力的膜分离过程。同微滤过程相比超滤的分离技术,可用于传统分离手段较难处理的恒沸物、近沸物系的分离,微量水的脱除及水中微量有机物的去除。渗透蒸发是利用溶液的吸附扩散原理,以膜两侧的蒸汽压差[(0~100)kPa])做为推动力,使一些组分首先选择性地溶解在膜料液的侧表面,再扩散透过膜,最
膜分离技术的发展与应用 生工121 徐娜2012121104 摘要：膜分离技术是利用具有一定选择透过特性的过滤介质对物质进行分离纯化的技术。近代工业膜分离技术的应用始于20世纪30年代利用半透性纤维素分离回收苛刻碱，60年代以后，不对称性膜制造技术取得了长足的进步，各种膜分离技术也迅速发展，成为最重要的分离技术之一。膜分离主要包括分离、浓缩、纯化和精制等功能且操作简单、易于操作，因此目前膜分离技术被广泛应用于供水、制药、食品、环保、废品回收、水的淡化等工业生产过程中，产生了巨大的经济效益和社会效益。本文首先介绍了膜分离技术中的一些概念、膜的种类及其原理，然后介绍了一些常见的膜分离过程在实际生产中的应用；最后介绍了我国膜分离技术的发展概况及前景。 关键词：膜分离，技术，应用，前景 一、膜分离技术的简介 1、膜分离的概念 利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。 2、膜分离的特点 （1）优点： 操作条件温和：在常温下进行，有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质。在食品、医药及生化技术等领域具有独特适用性。 无相态变化：保持原有的风味。 无化学变化：典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染。选择性好：可在分子级内进行物质分离，具有普通滤材无法取代的卓越性能。适应性强：处理规模可大可小，可连续亦可间歇进行，工艺简单，操作方便，效率高，费用低，易于自动化。 （2）缺点： 污染难清除，不能耐受极端条件。 需与其它技术结合应用。 3、膜的分类 （1）根据膜的材质，从相态上可分为固态膜和液态膜； （2）从来源上可分为天然膜和合成膜，后者又可分为无机膜和有机膜。 （3）根据膜断面的物理形态，可将膜分为对称膜、不对称膜和复合膜。 （4）依照固体膜的外形，可分为平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜。